葡萄(Vitis vinifera L.)是世界上普遍栽培的经济果树之一,无核葡萄由于其品质优良、食用优雅、制干容易等优势,已成为我国乃至世界葡萄产业发展及育种研究的热点。目前存在的突出问题是无核品种单一,关于葡萄无核性状形成的分子机理及其调控路径等科学问题仍不清楚。因此,挖掘葡萄无核基因并阐述其调控机制,对于创制无核葡萄新种质具有重要的理论价值和育种实践意义。课题组前期通过对有核葡萄‘红地球’×无核葡萄‘森田尼’杂交后代群体的转录组数据分析,获得差异表达侯选基因。在此基础上,本研究结合相关基因在有核葡萄‘红地球’和无核葡萄‘无核白’胚珠发育不同时期的表达模式,最终筛选到2个参与葡萄胚珠发育的关键转录因子Vv MADS39和Vv MADS28。本研究开展了对Vv MADS39和Vv MADS28的功能分析及其对胚珠发育的调控机制研究,并取得以下主要结果:1.葡萄转录因子Vv MADS39的表达模式、功能及调控无核果实形成机制。表达模式分析发现,在无核葡萄胚珠败育的关键时期(花后30-40 d),Vv MADS39在有核葡萄‘红地球’中表达量显著下降,而在‘无核白’胚珠中仍处于高表达水平,该结果表明Vv MADS39在无核葡萄胚珠中持续活跃的表达可能参与了‘无核白’胚珠败育进程。与此相反,由于在红地球中Vv MADS39启动子发生组蛋白甲基化H3K27me3修饰,抑制了Vv MADS39表达从而维持胚珠正常发育;将Vv MADS39基因在番茄(Micro-Tom)中过表达后发现转基因株系的果实、种子大小和种子数量均显著减少;利用CRISPR/Cas9系统将其在番茄中同源基因Sl MADS39进行定向突变,基因编辑番茄株系会产生缺陷的花和果实,说明该基因在维持花分生组织特性、果实和种子发育中都发挥了重要作用;结合酵母单杂交、双杂交、三杂交技术(Y1H/Y2H/Y3H)、免疫共沉淀技术(Co-IP)、双分子荧光互补实验(Bi FC)和凝胶迁移实验(EMSA)等研究发现Vv MADS39与Vv AGAMOUS(Vv AG)蛋白相互作用形成稳定的二聚体,并特异性结合在靶基因Vv INO启动子上正向调控其表达。Vv MADS39与相关蛋白质间联合作用及基因间表达调控协同控制葡萄花器官形态建成及无核果实的形成。2.葡萄转录因子Vv MADS28的表达、功能及调控种子发育机制。通过表达模式分析发现Vv MADS28在有核葡萄‘红地球’的胚珠中表达量较高,且原位杂交显示该基因定位于珠被细胞中,这些结果暗示Vv MADS28可能参与了葡萄种皮形成发育;与无核葡萄‘无核白’相比,在‘红地球’中由于Vv MADS28启动子区域不存在组蛋白甲基化H3K27me3抑制标记,使得该基因在‘红地球’胚珠中可以正常转录表达;通过瞬时转化有核葡萄及组织切片分析发现,Vv MADS2购买Ferrostatin-18-RNAi株系的种子减小与珠被细胞和胚乳细胞发育受到抑制有关;Bioresearch Monitoring Program (BIMO)另一方面,在番茄中异源过表达Vv MADS28后,会导致GSK1349572体外萼片显著伸长并产生较小的果实,然而其种子大小和形态没有明显变化;通过酵母单杂交和双荧光素酶等实验发现,Vv ERF98作为上游转录调控因子特异性响应乙烯并正向调控Vv MADS28的表达;Split-luc和Co-IP等实验证实Vv MADS28可与Type I Mβ亚家族中的Vv MADS5互作;结合DNA亲和纯化测序(DAP-seq)以及酵母单杂交、EMSA和双荧光素酶实验,证明了Vv MADS28可与下游靶基因Vv WUS启动子上CAr G元件结合并负向调控其表达。综上,本研究初步阐述了Vv MADS28和Vv MADS39功能及其参与胚珠发育的分子机制。Vv MADS39通过调控花粉粒发育,引起植株单性结实,并且Vv MADS39对胚珠发育有抑制作用,有助于无核果实的形成;Vv MADS28作为胚珠发育的积极调控因子,参与种皮形成过程,并且Vv MADS28与下游靶基因Vv WUS之间的动态平衡对于维持种子及植株正常生长发育是十分重要的。